MOTOR SNCRONO
Los motores sncronos son un tipo de motor de corriente alterna.
Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la
tensin de la red elctrica a la que est conectada y por el nmero de
pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como
"velocidad de sincronismo".
La expresin matemtica que relaciona la velocidad de la mquina
con los parmetros mencionados es:
Donde:f: Frecuencia de la red a la que est conectada la mquina
(Hz)P: Nmero de pares de polos que tiene la mquinap: Nmero de polos
que tiene la mquinan: Velocidad de sincronismo de la mquina
(revoluciones por minuto)
Por ejemplo, si se tiene una mquina de cuatro polos (2 pares de
polos) conectada a una red de 50 Hz, la mquina operar a 1500
revoluciones por minuto.
Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la
familia de los motores sncronos debemos distinguir:
Los motores sncronos. Los motores asncronos sincronizados. Los
motores de imn permanente.
Los motores sncronos son llamados as, porque la velocidad del
rotor y la velocidad del campo magntico del estator son iguales.
Los motores sncronos se usan en mquinas grandes que tienen una
carga variable y necesitan una velocidad constante.
Arranque de un motor trifsico sncrono
Existen cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de
motor:
Como un motor asncrono. Como un motor asncrono, pero
sincronizado. Utilizando un motor secundario o auxiliar para el
arranque. Como un motor asncrono, usando un tipo de arrollamiento
diferente: llevar unos anillos rotantes que conectarn la rueda
polar del motor con el arrancador.
Frenado de un motor trifsico sncrono
Por regla general, la velocidad deseada de este tipo de motor se
ajusta por medio de un restato. El motor sncrono, cuando alcance el
par crtico, se detendr, no siendo esta la forma ms ortodoxa de
hacerlo. El par crtico se alcanza cuando la carga asignada al motor
supera al par del motor. Esto provoca un sobrecalentamiento que
puede daar el motor. La mejor forma de hacerlo, es ir variando la
carga hasta que la intensidad absorbida de la red sea la menor
posible, y entonces desconectar el motor.
Otra forma de hacerlo, y la ms habitual, es regulando el
restato, con ello variamos la intensidad y podemos desconectar el
motor sin ningn riesgo.
PRACTICAS DE LABORATORIO
Practica 1 - El motor sncrono (parte I)
Objetivos
Analizar la estructura del motor sncrono trifsico. Calcular las
caractersticas de arranque del motor sncrono trifsico.
Instrumentos
Modulo de motor sncrono/generadorEMS 8241 Modulo de
electrodinammetroEMS 8911 Modulo de fuente de
alimentacin(0-120/208V, 3, 120V CD, 0-120V CD)EMS 8821 Modulo de
interruptor de sincronizacinEMS 8621 Modulo de medicin de CA
(0.5/2.5A)EMS 8425 Modulo de medicin de CA (250V)EMS 8426 Tacmetro
de manoEMS 8920 Cables de conexin EMS 8941 BandaEMS 8942
Procedimiento
1. Examine la estructura del modulo EMS 8241 de motor sncrono
generador, fijndose especialmente en el motor, los anillos
colectores, el restato, las terminales de conexin y el
alumbrado.
2. Observe el motor desde la parte posterior del moduloa)
Identifique los dos anillos colectores y las escobillasb) Se puede
mover las escobillas?Noc) Observe que las terminales de los
devanados del rotor se llevan hasta los anillos colectores a travs
de una ranura en el eje del rotord) Identifique lo devanados
amortiguadores de CD en el rotore) Identifique los cuatro polos
salientes inmediatamente debajo de los devanados de amortiguacin.f)
Identifique el devanado del estator y observe que es idntico al de
los motores trifsicos de jaula de ardilla y de motor devanado.
3. Observe desde la cara delantera del modulo:
a) Los tres devanados independientes del estator estn conectados
a las terminales1 y 4, 2 y 5, 3 y 6b) Cul es el voltaje nominal de
los devanados del estator?120 Vc) Cul es la corriente nominal de
los devanados del estator?1Ad) El devanado del rotor se conecta (a
travs del restato) a las terminales7 y 8e) Cul es la corriente
nominal del devanado del rotor?0.33 Af) Cul es el voltaje nominal
del devanado del rotor?208 Vg) Cul es la velocidad nominal y la
potencia del motor?1800 rpm, 0.2345 hp
Caractersticas de arranque
4. Conecte el circuito ilustrado en la figura, utilizando los
mdulos EMS. Observe que los tres devanados del estator estn
conectados en estrella a la salida trifsica de 208 V de la fuente
de alimentacin, terminales 1, 2 y 3.
5.
a) Conecte la fuente de alimentacin. Observe que el motor
comienza suavemente a funcionar y sigue operando como un motor
ordinario de induccin.b) Observe el sentido de rotacin.Rotacin =
(-), I1=1.5 A CAc) Desconecte la fuente de alimentacin e
intercambie dos de los tres cables que van a la fuente de
alimentacin.d) Conecte la fuente de alimentacin y observe el
sentido de rotacin.Rotacin = (+), I1=1.5 A CDe) Desconecte la
fuente de alimentacin.
6. Conecte el circuito que aparece en la figura, con los mdulos
EMS del electrodinammetro y el interruptor de sincronizacin. Acople
el motor electrodinammetro por medio de la banda.
7.
a) El modulo de interruptor de sincronizacin se utilizar como
interruptor para la potencia trifsica que va a los devanados del
estator. Ponga el interruptor en la posicin off.b) El
electrodinammetro se conecta a la salida fija de 120V CA de la
fuente de alimentacin, terminales 1 y N. Ajuste la perilla de
control del dinammetro al 40% aproximadamente de excitacin.c) El
rotor del motor sncrono se conecta a la salida fija de 120V CD de
la fuente de alimentacin 8 y N. Ajuste el restato de campo a una
resistencia cero (la perilla de control debe ponerse en la posicin
extrema, hacindola girar en el sentido de las manecillas del
reloj).d) Si el motor sncrono tiene el interruptor S, cirrelo al
llegar a este paso.
8.
a) Conecte la fuente de alimentacin. A continuacin aplique
potencia trifsica cerrando el interruptor de sincronizacin y
observe lo que sucede. No aplique la potencia ms de 10 segundos!b)
Describe lo que sucede.El motor no pudo arrancar, debido a que tena
cargac) Qu lectura dio el ampermetro?5.5 A CAd) Si un motor sncrono
tiene carga, Debe arrancarlo cuando existe excitacin de CD en su
campo?No
9.
a) Conecte el rotor del motor sncrono a la salida variable de
0-120V CD de la fuente de alimentacin, terminales 7 y N. No cambie
ninguna de las otras conexiones o los ajustes del control.b) Con el
control del voltaje variable de salida en cero, conecte la fuente
de alimentacin. Aplique potencia trifsica cerrando el interruptor
de sincronizacin y observe lo que sucede.c) Describa lo que pas.El
motor arranca con carga y vibra por que arranc como motor de
induccind) Funciona el aparato como motor de induccin?Sie) Ajuste
cuidadosamente la salida de la fuente de alimentacin a 120V CD,
segn lo indique el medidor de la fuente de alimentacin.f) Describa
lo que pas.Arranca hasta llegar a 1800 rpmg) Est operando el motor
sncrono?Sih) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de
alimentacin.
10.
a) Conecte el circuito que se ilustra en la figura, observe cmo
est el motor sncrono; sta es la configuracin normal de arranque
(como un motor de induccin trifsico de jaula de ardilla).
b) Ajuste la perilla de control del dinammetro en su posicin
extrema hacindola girar en el sentido de las manecillas del reloj
(a fin de proporcionarle al motor sncrono la mxima carga en el
arranque).c) Si el motor sncrono tiene el interruptor S, cirrelo al
llegar a este paso.
11.
a) Conecte la fuente de alimentacin y mida rpidamente E1, E2, I1
y el par de arranque desarrollado. Desconecte la fuente de
alimentacin.E1=210V CAE2=230V CAI1=5ACAPar de arranque= 29.4
lbf.plgb) Calcule la potencia aparente suministrada al motor de
arranque.Potencia aparente = 936 VAc) Calcule el par a plena carga
correspondiente a hp a 1800 r/minTf =
(HP)(5252)/RPMTf=(0.25)(5252)/1800=0.73Par a plena carga=
0.73lbf.plgd) Calcule la relacin entre par de arranque y el par a
plena carga.T0/Tf =29.4/0.73=40Relacin=40.3e) Explique por qu se
indujo un alto voltaje en CA, E2 en los devanados del
rotor.Variacin del flujo, ley de Faraday y la carga retrasa al
rotor, lo que hace variable el flujo.
Practica 2 - El motor sncrono (parte II)
Objetivos
Entender por qu el motor sncrono puede comportarse como
inductancia o capacitancia variables. Obtener la curva
caracterstica de la corriente de CA en funcin de la corriente en
CD, para el motor sncrono.
Instrumentos
Modulo de motor sncrono/generadorEMS 8241 Modulo de fuente de
alimentacin(0-120/208V, 3, 120V CD, 0-120V CD)EMS 8821 Modulo de
medicin de CA (0.5/2.5A)EMS 8425 Modulo de medicin de CA (250V)EMS
8426 Cables de conexin EMS 8941 BandaEMS 8942 Mdulo de wattmetro
trifsicoEMS 8441 Mdulo de medicin de CD (200V, 2.5A)EMS 8412
Procedimiento
1.
a) Conecte el circuito que aparece en la figura, utilizando los
Mdulos EMS de motor/generador sncrono, wattmetro, fuente de
alimentacin y mdulos de medicin. Observe que los devanados del
estator estn conectados, a travs del wattmetro, a la salida fija de
208V, 3 de la fuente de alimentacin, terminales 1, 2 y 3. El
devanado del rotor est conectado, a travs del ampermetro a la
salida variable de 0-120V CD de loa fuente de alimentacin,
terminales 7 y N. la perilla del control de voltaje debe estar en
cero.
b) Si el motor est equipado con un interruptor S, bralo al
llegar a este paso.c) Ajuste el campo del restato para resistencia
cero (haga girar totalmente la perilla en el sentido de las
manecillas del reloj).
2.
a) Conecte la fuente de alimentacin; el motor debe comenzar a
funcionar. Observe el valor de la corriente alterna I1. El motor
toma potencia reactiva positiva de la fuente de alimentacin a una
excitacin de CD igual a cero, y funciona como un inductor.b) Si el
motor tiene un interruptor S, cirrelo a llegar a este paso.c)
Aumente gradualmente la excitacin de CD hasta que la corriente
alterna I1 est en su valor mnimo. Los dos wattimetros deben indicar
lecturas positivas idnticas y en lo que respecta a la fuente de
alimentacin, el motor se comporta como una resistencia.d) Observe
I1, I2, W1 y W2I1 min = 0A CAI2 = 0.7A CDW1 = 25W W2=0We) Aumente
la excitacin de CD y observe que la corriente I1 comienza a
aumentar nuevamente. El motor toma una potencia reactiva negativa
de la fuente de alimentacin y se comporta como un capacitor.
3.
a) Reduzca la excitacin de CD a cero; mida y anote E1, I1, W1,
W2, en la tabla.b) Repita esta operacin para cada valor de
corriente directa indicado en la tabla. Cuando la excitacin exceda
de 0.6A CD, tome las mediciones tan rpidamente como sea posible.
Desconecte la fuente de alimentacin y cambie la escala del
ampermetro cuando la corriente descienda por debajo de 0.5A CD.
Recuerde que debe observar las indicaciones de polaridad del
wattmetro.c) Reduzca el voltaje a cero y desconecte la fuente de
alimentacin.
4. Llene la tabla 54.1, calculando la potencia aparente
(recuerde que debe multiplicar por 1.73), la potencia real y el
factor de potencia para cada valor de corriente directa
indicado.
I2(AMPS)E1(VOLTTS)I1(AMPS)POTENCIA(VA)W1
W2POTENCIA(WATTS)FP
02401.63731003601000.26
0.1240134980340800.22
0.22400.828975280750.25
0.32400.623070220700.3
0.42400.417470160700.4
0.52400.21025090500.5
0.62400.1585030500.8
0.72400747025700.9
0.82400.11138080800.7
0.92400.2144801201200.5
Tabla 54.15.
a) De acuerdo con los resultados de la tabla 54.1, calcule la
potencia reactiva, para una corriente del rotor en CD igual a
cero.b) El factor de potencia es adelantado atrasado?Atrasado
6.
a) De acuerdo con los resultados de la tabla, calcule la
potencia reactiva para la mxima corriente del rotor en CD.b) El
factor de potencia es adelantado atrasado?Adelantado
7. De acuerdo con los resultados de la tabla, calcule la
potencia reactiva a la corriente mnima del estator.25 VAR
Practica 3 - El motor sncrono (parte III)
Objetivos
Determinar las caractersticas a plena carga del motor sncrono.
Determinar el par de salida del motor sncrono.
Instrumentos
Modulo de motor sncrono/generadorEMS 8241 Modulo de
electrodinammetroEMS 8911 Modulo de fuente de alimentacin
(0-120/208V, 3, 120V CD, 0-120V CD)EMS 8821 Modulo de medicin de CA
(0.5/2.5A)EMS 8425 Modulo de medicin de CA (250V)EMS 8426 Cables de
conexin EMS 8941 BandaEMS 8942 Mdulo de wattmetro trifsicoEMS 8441
Mdulo de medicin de CD (200V, 2.5A)EMS 8412
Procedimiento
1. Conecte el circuito ilustrado en la figura, utilizando los
mdulos EMS del motor/generador sncrono, wattmetro,
electrodinammetro, fuente de alimentacin y medicin. Observe que los
devanados del estator estn conectados a la salida trifsica variable
de la fuente de alimentacin, terminales 4, 5 y 6, y que el devanado
del rotor se conecta a la salida fija de CD de la fuente de
alimentacin, terminales 8 y N.
2.
a) Acople el motor al electrodinammetro utilizando la banda.b)
Ponga la perilla de control del dinammetro en su posicin extrema
hacindola girar en el sentido contrario al de las manecillas del
reloj.c) Ajuste el restato del motor sncrono en su posicin extrema
hacindolo girar en el sentido contrario al de las manecillas del
reloj, para obtener una resistencia mxima. (Si el motor tiene un
interruptor S, debe mantenerlo abierto).d) Conecte la fuente de
alimentacin y ajuste rpidamente E1 a 208V CA, segn lo indique el
voltmetro. El motor debe comenzar a funcionar.
3.
a) Si el motor tiene un interruptor S, debe cerrarlo.b) Aumente
en forma gradual el par hasta llegar a 9 lbfplg, en tanto que hace
variar la excitacin de CD, hasta que la indicacin de los dos
wattimetros sean la misma, es decir hasta que el factor de potencia
sea igual a la unidad. (I1 debe de estar tambin en su mnimo
valor).c) Mida y anote I1, I2, E2, W1 y W2.I1 = 0.7A CA I2 =0.6A
CDE2 =140V CD W1 = 240 W W2 = 0 Var
4. Sin cambiar la excitacin de CD del procedimiento 3, aumente
de un modo gradual la carga hasta que el motor quede fuera de
sincronismo. Anote el par requerido para ello y desconecte la
fuente de alimentacin.Par de salida = 20 lbf.plg
5.
a) Repita los procedimientos 2 y 3, pero en esta ocasin aumente
la excitacin de CD a 0.8A CD, en tanto que mantenga un par de 9
lbf.plg.b) Mida y anote I1, E2, W1 y W2.I1 = 0.9A CAE2 =140V CDW1 =
245 W W2 =100 Varc) Es adelantado atrasado el valor de
potencia?Adelantado
6. Determine el par de salida con una excitacin de 0.8A CD.
Desconecte la fuente de alimentacin.Par de salida = 20 lbf.plg
Conclusin
Los motores sncronos se usan en mquinas grandes que tienen una
carga variable y necesitan una velocidad constante.
Existen cuatro tipos de arranques diferentes para este tipo de
motor:
Como un motor asncrono. Como un motor asncrono, pero
sincronizado. Utilizando un motor secundario o auxiliar para el
arranque. Como un motor asncrono, usando un tipo de arrollamiento
diferente: llevar unos anillos rotantes que conectarn la rueda
polar del motor con el arrancador.
Las ventajas que presentan este tipo de motores, son:
Correccin del factor de potencia Velocidad constante Alta
capacidad de torque
En el caso que se necesitara regular la velocidad del motor, no
es necesario comprar otro, se adquiere un variador de frecuencia
para regular la velocidad del motor
Por regla general, la velocidad deseada de este tipo de motor se
ajusta por medio de un restato. El motor sncrono, cuando alcance el
par crtico, se detendr. El par crtico se alcanza cuando la carga
asignada al motor supera al par del motor. Esto provoca un
sobrecalentamiento que puede daar el motor. La mejor forma de
hacerlo, es ir variando la carga hasta que la intensidad absorbida
de la red sea la menor posible, y entonces desconectar el
motor.
Otra forma de hacerlo, y la ms habitual, es regulando el
restato, con ello variamos la intensidad y podemos desconectar el
motor sin ningn riesgo.
